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  <title>【教程学习】WebGL_Foundation | renhao</title>
  








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          <h1 class="post-title" itemprop="name headline">【教程学习】WebGL_Foundation</h1>
        

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                2018-12-08
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    <div class="post-body" itemprop="articleBody">

      
      

      
        <blockquote>
<p>参考教程：<a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-fundamentals.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL基础概念</a>、<a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-how-it-works.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL工作原理</a> 、<a href="https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/webgl-shaders-and-glsl.html" target="_blank" rel="noopener">WebGL着色器与GLSL</a></p>
</blockquote>
<p>首先为什么要学WebGL,是因为听起来很牛很高大上？在我看来并不是，有些东西虽然听起来挺厉害但其实是鸡肋，没什么太大的作用而且还巨特么难，<a id="more"></a>但是WebGL在图形的绘制方面是比较接近底层一点的知识，加上毕设的要求，所以学一学也没什么坏处，花点时间就是。首先说一下前端绘图主要是矢量图形接口SVG和像素控制canvas画布，从浏览器加载这个角度来分析性能的话，canvas就比SVG优越一些，毕竟canvas只需加载一个canvas标签，而SVG的话就会加载SVG及其许许多多的子标签，从数据集的增长方向上说canvas是要有利一些，但数据集特别庞大的时候庞大到canvas都难以招架的情况WebGL就可以大显身手，从底层的角度直接操纵GPU可以进行优化（当然与开发者的能力相关，也有可能采用webgl会比canvas更差的情况，再加上webgl直接操作着色器那一套相当的复杂，所以基本上都是调用一些优秀的开源库来进行绘制，又进行了优化然后操作也简便，例如<a href="http://www.pixijs.com/" target="_blank" rel="noopener">pixijs</a>）。</p>
<h3 id="WebGL-基础概念"><a href="#WebGL-基础概念" class="headerlink" title="WebGL 基础概念"></a>WebGL 基础概念</h3><p>WebGL-&gt;光栅化引擎，它可以根据代码绘制出点，线和三角形。</p>
<blockquote>
<p>光栅化（rasterization）是计算机图形学中知识。三维物体在二维屏幕上的显示，大致分为坐标变换(transform)、颜色计算(shade)、光栅化(rasterization)。首先将场景中的三维坐标转换为二维坐标，然后计算模型每个顶点的具体颜色，然后将其渲染到二维屏幕上。所以光栅化，指的是二维屏幕的渲染。其实光栅化就是“用像素画出来”的花哨叫法。</p>
</blockquote>
<p>WebGL运行地点：电脑中的GPU （-&gt;需要使用能够在GPU中运行的代码)</p>
<p>WebGL在GPU中的工作分为两个部分：第一部分就是将顶点（数据流）转换到裁剪空间坐标，第二部分就是基于第一部分的结果绘制像素点。WebGL每次绘制都需要两个着色器完成相应的工作，顶点着色器就是计算顶点的位置，而片断着色器就是计算出当前绘制图元中的每个像素的颜色值。这两个着色器链接在一起放入一个着色程序（program）中。        </p>
<p>顶点着色器和片断着色器所需要的任何数据都需要发送到GPU。下面介绍着色器获取数据的方式。</p>
<h4 id="顶点着色器"><a href="#顶点着色器" class="headerlink" title="顶点着色器"></a>顶点着色器</h4><p>顶点着色器获取数据有三种，即Attributes属性（从缓冲中获取数据）、Uniforms全局变量（在一次绘制中对所有顶点保持一致值）、Textures纹理（从像素或纹理元素中获取的数据）。</p>
<p>每个顶点调用一次顶点着色器，每次调用都需要在<code>main()</code>(每个着色器都有一个<code>main()</code>方法)设置一个特殊的全局变量<code>gl_Position</code>，该变量就是裁剪空间坐标值。</p>
<ul>
<li><p>Attributes属性</p>
<blockquote>
<p>缓冲是发送到GPU的一些二进制数据序列，通常包括位置、法向量、纹理坐标、顶点颜色值等。属性用来指明怎么从缓冲中获取所需数据并将它提供给顶点着色器。通过属性获取数据首先的创建GLSL着色程序（即program），然后在初始化的时候从创建的着色程序中通过<code>getAttribLocation</code>找到着色程序中属性值所在的位置。</p>
</blockquote>
<pre class=" language-graphLR"><code class="language-graphLR">初始化:创建GLSL着色程序program --> 从创建的着色程序中找到属性值所在的位置getAttribLocation -->属性值从缓冲中获取数据:创建缓冲createBuffer--> 绑定位置信息缓冲bindBuffer --> 通过绑定点向缓冲中存放数据bufferData-->
渲染:启用对应属性enableVertexAttribArray --> 告诉WebGL怎么从缓冲中获取数据传递给属性vertexAttribPointer -->通过属性将数据传递给gl_Position
</code></pre>
</li>
</ul>
<blockquote>
<p>这里调用的各项方法都是WebGLRenderingContext接口提供的。通过绑定点是因为WebGL可以通过绑定点操控全局范围内的许多数据，绑定一个数据源到绑定点，然后可以引用绑定点指向该数据源。</p>
<p>这里涉及到了<code>WebGLRenderingContext</code>接口与平常使用的<code>CanvasRenderingContext</code>接口，前者是通过<code>canvas.getContext(&#39;webgl&#39;)</code>获得，提供基于OpenGL ES2.0的绘图上下文，后者是通过<code>canvas.getContext(&#39;2d&#39;)</code>获得的2D渲染背景，这两者都是用来向canvas绘图（canvas元素本身没有绘图能力，绘制工作都在JavaScript内部完成）。</p>
</blockquote>
<ul>
<li><p>Uniforms全局变量</p>
<p>全局变量用来在着色程序运行前进行赋值，在运行过程中全局有效。</p>
<pre class=" language-graphLR"><code class="language-graphLR">初始化:找到全局变量的地址getUniformLocation --> 渲染:绘制前设置全局变量
</code></pre>
</li>
</ul>
<h4 id="片断着色器"><a href="#片断着色器" class="headerlink" title="片断着色器"></a>片断着色器</h4><p>片段着色器获取数据也有三种：Uniforms全局变量、Textures纹理、Varyings可变量。每个像素都将调用一次片断着色器，每次调用需要从设置的特殊全局变量<code>gl_FragColor</code>(与顶点着色器中的<code>gl_Position</code>类似)中获取颜色信息。</p>
<ul>
<li><p>Textures纹理</p>
<p>纹理是个数据序列，可以在着色程序运行中随意读取其中的数据。</p>
<pre class=" language-graphLR"><code class="language-graphLR">着色器中获取纹理信息:先创建一个sampler2D类型全局变量-->GLSL方法texture2D从纹理中提取信息--> 初始化找到全局变量的位置getUniformLocation --> 渲染时纹理必须绑定到一个纹理单元上bindTexture--> 告诉着色器要使用的纹理在那个纹理单元
</code></pre>
</li>
</ul>
<ul>
<li><p>Varyings可变量</p>
<p>可变量是一种顶点着色器给片断着色器传值的方式，依照渲染的图元是点线三角形，顶点着色器中设置的可变量会在片断着色器运行中获取不同的插值。</p>
<p>WebGL会将同名的可变量从顶点着色器输入到片断着色器中。</p>
</li>
</ul>
<h3 id="工作原理"><a href="#工作原理" class="headerlink" title="工作原理"></a>工作原理</h3><p>WebGL是怎么绘制出图形的？在我学习的过程中不禁想到这个问题（想到之前的 是什么 为什么 怎么做）。其实采用的知识都是上面已经涉及到的内容，无非是顶点着色器、片断着色器相关内容，首先通过顶点着色器计算裁剪空间中的坐标，在裁剪空间中每个方向的坐标范围都是-1到1，在-1是最低端，+1是最顶端，0在中间，正值在上方。WebGL将它们从裁剪空间转换到屏幕空间（刚才发现屏幕空间的坐标原点有两种，第一种：以左上角为原点。代表的操作系统有Windows，Android，Symbian，iOS 的Core Graphics；第二种：以左下角为原点。比如iOS的CGContextDrawImage。而canvas、SVG的坐标原点都是左上角），关于颜色就是采用片断着色器，在屏幕上每画一个像素都要调用一次片断着色器，读取颜色值。所以WebGL就是创建这两种着色器，向着色器提供数据，调用<code>gl.drawArray</code>或<code>gl.drawElements</code>来让WebGL调用当前顶点着色器处理每个顶点，调用当前片断着色器渲染每个像素。</p>
<p>关于写着色器那一套，的确有点繁琐，所以才会采用之后的相关库来进行处理，这里只是熟悉一下流程以及底层的一些东西，没有怎么深究。</p>
<h3 id="GLSL"><a href="#GLSL" class="headerlink" title="GLSL"></a>GLSL</h3><p>Graphics Library Shader Language（图形库着色器语言）</p>
<p>数据类型：<code>vec2</code>、<code>vec3</code>、<code>vec4</code>分别代表两个值、三个值、四个值的矢量，<code>mat2</code>、<code>mat3</code>、<code>mat4</code>分别代表2X2、3X3、4X4的矩阵。</p>

      
    </div>
    
    
    

    

    

    

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              <a href="/2018/11/28/js-module/" rel="next" title="前端模块化：CommonJS，AMD，CMD，ES6">
                <i class="fa fa-chevron-left"></i> 前端模块化：CommonJS，AMD，CMD，ES6
              </a>
            
          </div>

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